恩格斯说：“一个没有理论思维的民族，是不可能站在科学高峰的”。在科学技术创新已关系到民族兴衰的当下，加深对科技发展机理的认识尤为紧迫。

70年前，美国学者也曾为加速科技发展而苦苦追寻理论逻辑，并提出了相关政策建议。这些政策建议最终不仅重塑了美国的科技创新格局，甚至历经半个多世纪后，依然为人津津乐道。70多年来，围绕这个堪称经典的理论“范式”，学者们也陆续提出了更多的思考，有突破也有反思。

这次介绍已在我国出版的3本书，分别是《科学：无尽的前沿》（中信出版集团，2021）、《基础科学与技术创新：巴斯德象限》（科学出版社，1999）、《发明与发现：反思无止境的前沿》（清华大学出版社，2018），希望读者能从中获取有关科技创新理论逻辑的启迪和思考。

01

《科学：无尽的前沿》

构建“布什范式”

所谓“布什范式”，是指由美国二战时总统科技顾问范尼瓦·布什主导提出的联邦政府支持科技创新的理论及政策建议，其主张有基本框架并长期主导着美国联邦政府相关政策，后有学者将其称之为“布什范式”。

“布什范式”最初来源于一份名为《科学：无尽的前沿》（以下简称“《前沿》”）的研究报告。

二战期间，美国科学研究为取得胜利立下了汗马功劳（如著名的曼哈顿工程），同时，青霉素等新药的研发挽救了无数人的生命。科学在战时尽显神威。或许，时任美国总统的富兰克林·罗斯福从中敏锐洞察到一种力量和趋势。在二战即将结束的1944年，他写信给范尼瓦·布什，要求他就如何使战时科技成果更广泛应用和战后科技发展问题向总统提交一个有分量的报告。1945年7月，《前沿》问世。1950年，国会通过的《国家科学基金会法案》，确认制定一项促进科学领域基础研究和教育的国家政策，并通过拨款和合同支持数学、物理、医学、生物学、工程学和其他科学领域的基础科学研究。《前沿》所提出的理论、构想因之落地，成为国家政策。这项政策影响了美国战后科技发展的走向和态势，是美国成为科技强国的重要支撑。正因如此，《前沿》被称为科技政策的圣经。

我们很自然地提出的问题是，《前沿》为什么会征服那些挑剔而精明的议员并长期影响着美国？当然，这与报告的远见卓识和雄辩的论证相关，我将其简要概述为五个方面。

一是科技进步对国家的意义。一份报告要转化为一个国家的重要决策，首先必须在理念上产生共鸣。布什报告并不是事无巨细的文字堆积，而是高屋建瓴地阐述科技发展对国家的极端重要性。《前沿》写道：“如果没有科学进步，其他方面再多的成就也不会确保作为一个国家在现代世界中的健康、繁荣和安全”。布什结合二战中，青霉素等药物在国民健康中产生的巨大作用；雷达等武器对战争胜负的决定性影响；新技术新产品新产业的发展对战后退役军人就业可能带来的机遇，谈到医学和其他基础科学发展的至关重要。布什从理论和实践结合上阐明，科学发展于国家进步而言是一种必需。应该说，在20世纪40年代，从这样的视角提出问题是很有远见的。因为，即使是已进入第二次工业革命的美国，一些精英也许能感受到新技术、新产品对日常生活带来的新体验，工业发展带给社会面貌的巨大改变，但更多人沉醉于发展中的个人主义观念中，并没有意识到科技进步之于国家发展、公共产品、国民福祉的重大意义。从布什提交的报告到国会通过相关法案，长达5年的争辩，从一个侧面反映了某种认知上从分歧到达成共识的艰难过程。

二是促进科学进步的联邦政府职责。在论及科学进步的国家意义后，逻辑自然而然推进到政府职责。在《前沿》中，布什在肯定美国政府一直对实用科技活动和工作的积极支持后指出：“我们尚未设定科学方面的国家政策，科学一直处于隐鳞藏彩之态”。这一判断得到了美国科学促进会前首席执行官拉什·D·霍尔特的确认。他在导读布什报告的《科学之议》一文中指出：“美国文化一向十分敬重科学实证思维和实用技术。政府也为各类世界闻名的科学工作提供了资助，其中就包括刘易斯和克拉克远征以及地质学、农学、医学、天文学、物理学和许多其他领域的军用或民用进步。但是，美国从来没有为广泛的科学事业提供核心性的支持。”布什在《前沿》中急切地呼吁政府要加强对科学的投入，不仅因为科学理应回到舞台中央，还在于科技进步中，即使是某些非常具体的问题，诸如军事、农业、住房、公共卫生、医学研究等领域，都存在着超出私人机构资本承担能力的高成本研究，应得到政府的积极支持。布什说：我们正进入一个科学需要且应该得到更多公共资金支持的时期。

三是在科技进步方面联邦政府支持的主要着力点。联邦政府支持科学进步的重点在哪里？布什的回答是基础研究，对象是大学以及受捐赠的研究机构。在这个问题上，布什有若干“金句”式的论断。

“

基础研究并不考虑实际目的，它产生的是一般性知识以及对自然及其规律的理解。如果基础科学研究长期遭到忽视，工业研发的进展也将陷于停滞。

基础研究会带来新知识，它提供的是科学资本，是所有的源头活水。

一个依靠别人来获取基础知识的国家，无论其机械技能如何，其工业进步都将步履缓慢，在世界贸易中的竞争力也会非常弱。

基础研究是技术进步的引领者，这一点比任何时候都更接近真理。

公共和私人支持的学院和大学以及受捐赠的研究机构，都必须既孕育新的科学知识，也要成为培养职业研究人员的摇篮。

”

布什关于联邦政府支持基础研究的思想，主要来源于三个方面。一是他对基础研究意义的深刻洞见。二是他对私营机构研究偏重于实用性开发的观察。三是在第二次世界大战期间，他担任美国科学研究与发展办公室负责人，组织和见证了原子弹等若干新技术新武器的攻关，技术和产品创新无不受益于基础科学的进步。布什关于国家应对基础研究和研究型大学给予支持的思想，已穿越时空，影响着当今世界。

四是联邦政府支持基础研究的方式：保证受支持方独立性的合同或协议。布什在《前沿》中指出：“广泛的科学进步源于学者的思想自由及研究自由，他们理应在好奇心的驱使下探索未知，自主选择研究的方向。”历史上重大的科学发现表明，理论创新通常是个性化的活动，是少数天才科学家长时间冥思苦想不断追寻后的“灵光乍现”。牛顿力学、爱因斯坦的相对论，麦克斯韦方程组等都是自由思考自主研究的成果。科学活动充满了偶然性和不确定性，很多大科学家在青年时期在科学上作出巨大突破后，余生一无所获。无数聪慧的学者甚至一辈子也没有揭开大自然的些许秘密。所以，对基础科学而言，支持者无需事先规划也无法事先规划，对研究方向研究项目的选择，无需事无巨细地规制也不可以事无巨细地规制。即使是研究者本人，也不能左右自己可能的“遇见”，唯有自由地沉浸在其中的精英可能“拾到知识大海边的贝壳”。支持基础研究，不只是保证被支持方研究方向、研究项目、研究方式的独立性，要使研究者全身心地投入基础科学研究，政府必须为研究者提供相当的薪酬。布什清醒地意识到薪酬与人才在不同行业竞争的状态，他在《前沿》中说道：“为了有效地发挥基础研究中心的作用，这些机构必须资金充足且充满活力，他们必须能够吸引最好的科学家担任教师及承担研究职责，他们必须提供有吸引力的研究机会和足够的报酬，从而能够与工业界和政府争夺最优秀的科学人才。”经济上的独立和自由在一定程度上决定了一个人思想和行为上的独立和自由，一个整天忙于碎银几两的人，很难在科学上作出什么贡献。

五是建立联邦政府管理科学进步的体制机制。布什是一位优秀的科学家，曾任世界名校麻省理工学院教授，该院工程学院院长。1931年他主导发明了早期的模拟计算机，他曾拥有46项发明专利。同时，布什也是一位善于把科学技术转化为行动的杰出组织者领导者。二战期间，他担任白宫科学研究与发展办公室的负责人，具体领导和组织协调了来自不同机构不同专业数千名科学家的研发活动，包括原子弹研发等大科学装置。布什在《前沿》中，不仅从理论上阐释了战后美国为什么要制定科技政策和制定什么样的科技政策，而且提出了贯彻落实政策的体制机制架构。布什强调，国会应批准建立一个独立的新机构，这样的机构必须是一个致力于科学研究和高级科学教育的独立机构。为保持政府对科学研究和教育支持的有效性，这个机构必须遵循至少五项原则：资金支持的长期性；接受支持方的独立性；研究机构所进行之研究的性质、范围和方法完全独立和自由以及资金分配的酌处权；新设机构人员的选拔；新设机构不自行运营实验室等。布什参与了《前沿》转化为决策的多次辩论和政治博弈。《前沿》的思想转化为决策，美国国会批准建立了独立的美国国家科学基金会并开始了大规模对基础研究的投入。连时任美国总统的杜鲁门对布什的政治能力也深感吃惊，称布什再次借用“无尽的前沿”，其本意拥有政治家的直觉和本能。

“无尽的前沿”充满了美国人对开疆拓土的想象和向往。美国建国之初约80万平方公里，经过一个多世纪，疆土扩大到900多万平方公里。物理上的边疆扩展是有限的，在科学大踏步前进的社会，科学所提供疆域仿佛是无尽的。70多年前，布什在《前沿》中诗意般地写道：“开拓精神仍旧在这片国土上激荡。开拓者掌握着完成任务的工具，而科学则为开拓者提供了大片尚未被充分开发的腹地。这样的探索对国家和个人都大有裨益，无论是对保证我们的国家安全，保护民众的健康，还是对创造更多的工作岗位，提高生活水平以及实现文化进步而言，科学都是至关重要的一环。”

《前沿》已发表70余年了，它的思想至今仍激荡在美国大地上。今天的美国议员们依然沉浸在布什的“无尽前沿”中。2020年5月21日，美国两党两院四位议员联合提出一个《无尽的前沿法案》（简称《新法案》）。尽管《新法案》已不同于当年的《前沿》，《新法案》中强化与中国竞争，财政资金直接补贴芯片企业投资和技术等条款前所未有。但《新法案》所追求保证美国在全球科技竞争中绝对优势，通过科技开拓新疆土意愿与布什《前沿》一脉相承。

为了在全球科技竞争中赢得主动，我们必须深刻地理解科技创新的新态势、新特点，理解当今世界。在此基础上，制定和执行有效的科技规则和政策。

这就是我们今天重读《前沿》的意义。

02

《基础科学与技术创新：巴斯德象限》

突破“布什范式”

作为美国科技创新政策经典著作《前沿》自发表以来，不断地被重提、放大、肯定，也不断地被批评、质疑、反思。肯定与否定，认同和怀疑，批驳与证明，这正是经典著作之命运，也是经典作品之价值。在各种不同声音中，D.E.司托克斯教授撰写的《基础科学与技术创新：巴斯德象限》（以下简称“《巴斯德象限》”）一书，其理论阐述和政策主张具有挑战性和代表性。

在《巴斯德象限》一书中，司托克斯将布什关于基础研究和应用研究的划分及其关系的理论，概括为“布什范式”，并将其划分为静态线性模型与动态线性模型。

在静态模型中，基础研究是对自然界及其规律的认识，探索未知世界，重在新知识的发现。这种发现目的是使人自身摆脱愚昧，并不以实用为目的。而应用研究则是运用已有知识的论证科研或工程开发的可行性，探索通向实际应用的合适路径方法，重在技术发明。基础研究与应用研究在目标方向上是不同的、分离的，甚至是对立的。

图1 静态线性模型图

而在动态模型中，从基础研究到生产经营共有四个阶段，这四个阶段是继起的，每一个后续阶段都依赖于前一个阶段。

图2 动态线性模型图

司托克斯从科学历程、科学与技术的相互性、现实案例等方面对“布什范式”提出了批评。

一是基础研究和应用研究相互分离的观点与科学发展本身的经历不符。司托克斯指出，虽然许多研究都完全由认识目标或应用目标驱动，但是一些重要的研究表明，研究过程中不断进行的选择活动，往往同时受两个目标的影响。他列举了诸多案例：如巴斯德在研究中既揭示了某些疾病机理及其生物过程，又将其认识应用于食醋、啤酒、白酒和牛奶的防腐，以及蚕蛹霉斑、牛羊炭疽、家鸡霍乱和人畜狂犬病的控制。他创立了微生物学，又留下了“巴氏灭菌法”，在他的研究过程中，两种目标经常是浑然一体的。科学历程并非仅此一例，工业发展和帝国的需要，产生了开尔文物理学；德国有机化学家们一方面展开基础研究，一方面促成德国染料业、制药业以至塑料工业发展；美国曼哈顿工程成就了原子弹也滋养了核物理学等等，即使是社会科学领域，凯恩斯宏观经济学（基础理论）与经济危机管理（应用研究）都反映了研究过程中的认识目标与应用目标的混合，表明了两者并非泾渭分明、非此即彼。

二是在人类历史的大多数时期，实践技能往往是由“技术促进者”来完成的，这些“技术促进者”往往是既不懂科学，又未受惠于科学训练的人。从第一次产业革命看，具有代表性意义的人物中，蒸汽机发明人瓦特、火车发明人斯蒂芬森、纺织机的发明人哈里夫斯基等等，他们促进了技术的应用和发展，作出了变革性的贡献。但当时的科学并没有给他们提供相应的直接的认识，更谈不上专门的科学训练。越往前追溯，技艺的发展越是依赖匠人能人推动，所谓熟能生巧。即使是时至今日，众多技术的改进也是渐变的，由工匠发明并促进的，而不是源于基础研究的。为了检验基础研究对技术进步的影响，美国国防部曾就科学研究对于系列现代武器系统的贡献做了一个“事后研究”。其结论是在20种武器系统的几百个关键部件中，只有不到十分之一源自研究成果，不到1%来自不以国防需要为目的的基础研究，大多数武器系统的进步都是在现有技术上的改进和拓展。

三是很多科学派生于技术。显微镜和望远镜都是匠人在从事某种具体应用中无意发现的，通过改进，科学家用于研究微观世界和茫茫宇宙，派生出微生物学和天文学。不仅现代科学的诸多发现取决于仪器设备，基础科学探索中的许多结构和过程也只能利用技术成就来揭示。如通用电气公司的物理学家艾尔文·朗缪尔获得1932年诺贝尔奖，它对晶体和表面膜中分子间相互作用的认识，推动了重大的技术进步。另一方面，他对研究设备、分析方法和思维框架的选择，也无不受电子技术的影响。在医学实践中，一些学科的产生，来源于临床医生的诸多观察和总结。他们通过技术解构出糖尿病、甲状腺肿、愚侏病等疾病与腺体功能失调的关系，产生了内分泌学。实践表明，病理学既能探明系统功能的状况，又能拓展基础知识的增长。多学科进步表明，越来越多的科学已成为派生的“技术”，在某种情况下，科学只能“存在于技术”之中。

四是一国技术的丰收并不必然与本国基础研究形影相随。在第二次工业革命中，美国在技术发明和应用迅速崛起，爱迪生发明电灯并解决了电力大规模若干应用问题；福特发明流水线，使汽车大规模生产；洛克菲勒以化工技术应用建立起石油王国；卡耐基创新多项技能支撑起钢铁巨头等等。而当时，科学的中心在欧洲，赫赫有名的科学家麦克斯韦（电磁学、英国）、焦耳（热学、英国）、李比希（有机化学、德国）都不是美国学者。20世纪七八十年代，日本人在汽车和家电市场占据霸主地位，并非因为科学的进一步是应用，而是因为他们通过了解消费反馈信息，结合价格因素，对产品的设计制造工艺迅速进行微调，设计和生产出更好的产品。而此时，美国取代了欧洲以前在科学中的地位。日本发展的过程，再一次表明，一个在基础科学方面相对落后的国家，也可以在技术上取得巨大成功。如果人们看到美国早在20世纪20年代，在它的科学还没有突出表现时，就在技术方面处于世界领先地位，那么就不难理解日本在技术上的领先和科学上的落后这种不协调了。

《前沿》之所以被称之为“布什范式”，是因为它不只是一些建议，而是有深厚的理论根基和开创性的思维模式的。批评“布什范式”，就要在原理找到一种自圆其说的新范式，《巴斯德象限》也是从“模型”说起的。

图3 静态模型图

司托克斯用二维空间的平面直角坐标系表示其范式，在平面直角坐标系中，他以研究目标特征的不同划分了四个象限。

玻尔象限

尼尔斯·玻尔，丹麦物理学家，对研究原子的结构和原子的辐射作出重大理论贡献，1922年获诺贝尔物理学奖。

玻尔对原子结构模型的探求，是一种好奇心或求知欲驱动的认识自然界。玻尔的发现，重塑并加深了人们对世界的理解。这一类型的研究代表了自然哲学家们的研究精神，可称之为纯理论研究。

巴斯德象限

路易斯·巴斯德，法国微生物学家，奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，开创了微生物学生理学，战胜了狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等。

由于在巴斯德的研究中，基础研究和应用研究密不可分，应用研究拓展了对微生物本质的认识，而微生物理论支持了一个个实际问题的解决。因而，司托克斯教授将由应用引起的基础研究称之为巴斯德象限。

爱迪生象限

托马斯·爱迪生，美国发明家、企业家，有世界发明大王之称，获两千多项重要专利，是电灯、留声机、电影摄影机的重要发明人。

爱迪生是美国通用电气的创始人，他主导成立了早期的工业实验室。他的实验室从事追求商业利润的实用性技能，解决产业化过程的难题，不去追究所发明的更深层次的科学意义。司托克斯将其命名为纯应用研究。

皮特森象限

这一象限特指认识动机和应用动机都不明显的探索特殊现象的研究，其命名来源于皮特森的《北美鸟类指南》。这类研究有可能成为某些基础研究或应用研究的前驱，如达尔文的《物种起源》。

在这里，司托克斯用“四象限”替代了布什的“二分法”，丰富了创新形态的认识。不止于此，司托克斯亦将其模型动态化。

图4 动态模型图

这一模型表明科学认识和技术知识的关系，即一种相互作用的半自动地向上的双轨道模型镜像。这里的每个轨道都受到另一轨道的强烈影响，这种影响可以在两个方向上发生，应用产生的基础研究经常起着联系作用。在这一模型中，基础理论（纯研究）提供了认知基础，已有技术提供了物质基础，应用需求提供了驱动力和其他资源支持。这类研究，在理论上通向更高水平的认识，在应用上可实现更高水平的技术。科学与技术的相互作用，技术滋养科学，新的技术和工艺，又受惠于物理、化学、生物学的发展。科学与技术双轨联系，证明了200多年前弗朗西斯·培根“知识就是力量”的名言。

如果说《前沿》是开创性的，那么，《巴斯德象限》对科技创新的认识，也可以认为是深化的、具有转折意义的。

一是深化了基础科学与技术创新的认识。在“巴斯德象限”中，基础研究与应用研究不是一维的继起的，而更多是双向的相互的。特别是由应用导向的理论阐述，可以作更深入的理解。在应用导向的基础理论中，纯科学与应用科学具有自然的统一性，二者之间并非不可逾越。纯理论研究不仅提供某种认知，而且可以将新知识向应用科学延伸。而应用科学研究也不妨碍其科学家和工程师通向纯科学。对应用导向的基础研究支持与对纯研究的支持具有一致性。同样的道理，应用导向的基础理论与“爱迪生象限”也不是对立的，它可能产生某些新技术发明；而从事应用研究的工程技术人员，也可以进入应用科学领域甚至作出纯科学领域的贡献。因此，“巴斯德象限”并不否定“布什范式”中联邦政府支持基础理论的研究。“巴斯德象限”丰富了人们对科技创新的理解，为创新政策的选择提供了一个新的支点。

二是有助于更新政府与科学的协约关系。在“布什范式”中，基础研究或纯研究因其公共性由政府支持，而应用性的研究因其市场性由私人机构投资。但政府支持并不稳定，如在冷战时期，特别是与苏联军备竞赛时期，政府投入多，而苏联解体后，政府投入减少了，特别是财政紧张的时候，削减了无特别紧迫需求理由的纯研究。正如流行之言，“如果研究项目被看作是纯研究性的，那么，支持它的热情之火就会熄灭。”而由应用引起的基础研究则不同，它嵌入了一个以应用为目标的社会需求，政策支持有了一个有一定确定性的预期，政策服务被置于一个有意义的位置，即政策支持理由正当充分。这一逻辑改变了科学与政府的协约关系，增强了政府支持的合理性、稳定性和长期性。事实上，第二次产业革命以来，科学之所以快速发展，与“以应用为导向的基础研究”得到更多的投资是分不开的，无论资金来源于政府还是私人机构。在不同国家政府支持的研究项目中，事实上很多选择“以应用为导向”。特别是战后10年，科学上领先的国家，基本上把基础研究和纯研究等同起来结合起来，构筑了一个“巴斯德象限”的研究体系。

三是便于判断科技资源配置中研究前景和社会需要相结合。研究资源是给定的，从宏观来看，研究资源如何分配，涉及不同的主体、机构、领域，如分配给大学还是专业的研究机构，分配给卫生还是能源系统。从微观上看，分配到某个项目而不是另外的选项。在这里，通行的分配的原则是，优先研究前景好的和社会需求强相统一的选项。研究前景的判断往往通过科学共同体的同行评价决定，而社会需求的判断由诸多非专业性因素决定。在“布什范式”中，资助选项多集中于“不以实用为目的”的基础研究，而在“巴斯德象限”中，资助选项多集中于“以应用为导向”的基础研究。相对而言，后者更具象，更便于体现研究前景判断与社会价值判断的结合原则。在美国联邦政府支持中，即使是主要支持纯研究的科学基金会，也受结合原则的影响，或明或暗地进入“巴斯德象限”。“布什范式”之门已被洞穿，“巴斯德象限”已开始在科技创新政策中攻城略地。

03

《发明与发现：反思无止境的前沿》

反思“布什范式”

2018年，清华大学出版社出版译著《发明与发现：反思无止境的前沿》（以下简称“《发明与发现》”），这本书由美国学者文卡特希·那拉亚那穆提教授；图鲁瓦洛戈·欧度茂苏博士新近合著，作者在对“无尽的前沿”（“布什范式”）反思的基础上，阐发了诸多科技创新理论和政策的新观点。

在《发明与发现》中，作者从三个方面进行了反思。

一是“布什范式”对科学与技术关系的认识是否正确。作者深入到信息科学知识的发现和信息技术的重大发明研究展开的诸多过程观察，发现研究作为一个整体，是一个不断在发明与发现之间切换的联系过程。在此过程中，研究会产生新的创意、工具和装置。将研究活动划分为“基础研究”和“应用研究”，并且简化为线性联系，割裂了研究的整体性、综合性和相关性，是一种未能正确反映客体的主观判断。

二是“布什范式”在实践中对研究项目、研究组织是否造成负面影响。由于对发明与发现关系不正确的认识，在实践中出现了人为的阻隔。比如，在科技项目实施中，项目管理者要求研究者基于“基础研究/应用研究”相分离的原则撰写科研经费申请书，研究者进而以这种方式组织开展科研活动和实验工作，尽量满足资助款项所要求的指标。削足适履，不可逾越，这种划线妨碍了从实践中凝练问题，提出问题，解决问题，妨碍了理论本身的深化和实际问题的理性化解决，造成了双重危害。受限于资助机构对“基础研究”的定位，一些研究或是不愿开展进一步的实验，或是科学研究团队组成人员学科范围过窄，直接阻碍研究项目出现颠覆性的成果。

三是为什么“布什范式”很流行。作者分析，“布什范式”之所以是主流，从历史上来，它根植于传统认知。所谓传统认知，就是早期西方文化延续下来的偏向科学而非工程的线性逻辑，“重本轻末”，“本”即理性、智力，“末”在此为技术专利。从现实看，它适应官僚体制。即“二分法”便于官员对项目进行管理和资助，满足政策制定者的主观偏好，并不断强化建立起来的官僚体制。

在对“布什范式”反思的基础上，作者还剖析了“巴斯德象限”，指出司托克斯的“巴斯德象限”虽然提出政府资助的重点为应用导向的基础研究，在某种程度上撼动了线性模型根深蒂固的地位，也导致了人们对基础研究和应用研究之间关系的理解产生了细微变化。但这种划分仍然与线性模型中的基础研究和应用研究的两分法兼容，仅仅从目标取向上做了改进，并未真正认识到创新的复杂性，也未从本质上揭示科学（发现）和技术（发明）的内在逻辑，也未能实质性地改变二分框架对研究的限制作用，揭示研究的本质。因此，必须对“布什范式”和“巴斯德象限”进行根本性改进，不能将研究简单地分类为“基础研究/应用研究”，必须在新的理论上提出新政策主张。

发明/发现循环模型（DIC）认为，发明和发现是一个相互关联的有机整体，它们之间可以是循环往复的，发现既有可能产生新的发明，也可能获得新的发现。发明也是同理。发现与发明循环模型，揭秘了理论研究与实际应用的内在逻辑和相互关系。像一切简明的公式蕴含着巨量的信息一样，发明/发现循环模型十分简洁，是对复杂的科学技术世界运行的理论概括，并且具有可验证性。

贝尔实验室的科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿。（资料图片）

贝尔实验室晶体管诞生是关于发明/发现模型的一个具体的生动案例。贝尔实验室成立的初衷和面临的挑战是，找到并制造出一种可远程传输清晰信号的放大器。二战结束后，以威廉·肖克利为主管的跨学科团队受命成立，在这个团队中，有理论物理学家（肖克利本人），实验物理学家（沃尔特·布拉顿），数学物理学家和电子工程师（约翰·巴丁）。其中，布拉顿擅长对各种材料进行实验；巴丁是理论奇才，擅长收集各种数据，用于解释实验中观测的种种现象；肖克利此前在固体放大器领域已有一定研究，可为团队提供研究重点、经验和动力。此外，这个团队还有优秀的化学家、冶金专家、工程师以及技术员，他们发挥其长又通力合作，协同促进研究深化。

1947年12月，布拉顿和巴丁的研究取得重大进展，一种以锗为材料的可用于放大电气信号的固态器件问世，后被称为“点接触型晶体管”，两个月后，肖克利实现了对前者的改进，发明了“结型晶体管”。该成果在1956年获得认可。那一年，肖克利、巴丁、布拉顿因研究半导体并发现晶体管效应的成果，共同获得了诺贝尔物理学奖。贝尔实验室的跨学科团队以金属半导体结电场效应的早期研究成果为基础，研制出一个可工作的双极型晶体管。发现晶体管效应，让肖克利、巴丁和布拉顿获得了诺贝尔奖，他们的团队发明双极型晶体管来对这一效应加以验证，他们的工作也因此具有发现和发明的双重特征。

一种基于贝尔实验室和美国20世纪其他繁荣发展的杰出的工业研究实验室研究表明，在这些大型工业实验室中，不仅发明了晶体管，电子激射器，集成电路等新技术新设备，还发现了量子电子学、信息论、光纤理论等新知识新学说。不少获得诺贝尔奖的事项，也同时影响着美国国家工程院颁发的德雷珀奖，该奖俗称为“工程诺贝尔”，这类相互交叉的奖项，成为一种新的镜像。

图5 信息与通信领域的创新循环

不仅是工业实验室，德雷柏奖（“工程诺贝尔”）和诺贝尔奖的交叉实际上已分布在现代产业中。作者考察了战后蓬勃发展的信息与通信领域和核磁共振领域的创新，发现这两个行业的研究态势强势支持着发明/发现循环模型。以信息与通信领域的创新循环为例，如图5所示，1956年的诺贝尔奖授予了一种发现和发明相得益彰共同创造的结果。晶体管的发明催化了对半导体物理学的全面深入研究，双极型晶体管的发明全面取代了真空管，催生了更多新型半导体器件的研究和发明。而对于1964年的诺贝尔奖，虽然激光研究直接以爱因斯坦的先期研究工作为基础，但正因为晶体管的发明，催生了固体电子学革命并推动电子开关器件的进步，才可能产生实际可用的微波激射器和激光器。进一步观察1956年到2009年整个行业的颠覆性创新场景，由交叉获奖构成的“获奖家族”都显现了发明/发现的有机性相互性。

发明与发现循环模型对我们理解当下创新场景和趋势具有重要意义。信息产业的兴起和发展，被称之为第三（四）次产业革命，在这场产业革命中，工业实验室是领导者。它不仅最先发明了新的技术，推出了新的产品。如晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、C语言，UNIX操作系统等，而且在科学奖上大发异彩。在ICT领域获诺贝尔奖上的16位获奖者中，只有6人在非工业界机构完成其获奖研究，受雇于工业实验室的获奖者占总数的60%以上。所有美国获奖者都有从事工业研究的经历（特别是在贝尔实验室从事研究的经历），贝尔实验室的当前雇员和前雇员在所获奖人数中占了一半以上。

发明与发现循环模型就是从新产业革命中提取的，是对科学创新、技术创新、产业创新的新理论概括。它至少解释了三个方面的创新逻辑。

一是人类创新越来越依赖于组织化，天才个人固然关键，但一个能力强的组织有助于天才的发明和发现。在贝尔实验室中，天才人物肖克利、布拉顿、巴丁共同发明了晶体管效应，但化学家、冶金学家、技术人员在锗、硅材料的选择、提纯、实验中，在各种各样的试错和验证中，在每周或每次的信息交流中，在发现和发明交织的过程中，都有着不可或缺的贡献。我们很难想象，离开这样一个组织，天才们还能有什么作为。

二是发明与发现循环依赖于跨学科跨行业的组织。贝尔实验室是在技术和产品开发部门的基础上组建的，成立之初，就有2000多名技术专家专注于技术和产品开发，另有300多名科学家专注于基础理论和应用研究。这些专家领域很宽，包括物理和有机化学、冶金学、磁学、电导体、辐射、电子学、声学、语音学、光学、数学、机械学等领域，甚至包括生理学、心理学和天文学领域的研究。这是因为现代技术的综合性，单一学科很难理解和掌握，而发现与发明的相互性，很难由一类人才去实现。正如贝尔实验室负责人所言：工业实验室只不过是一个由聪明人组成的组织，那些人想必都有一些创新能力，接受过知识和科学方法方面的特殊训练，实验室提供设施和资金，让他们来研究发展与自己相关联的产业。现代工业研究的目的，就是把科学应用到日常生活中，通过这种手段可以避免盲目的实验性试验造成的许多错误，同样针对某个具体问题，这种手段可以发挥众人的智慧，它自然远远超过任何个人可能具备的能力。工业实验室证明，团队，尤其是跨学科的团队，要胜过单打独斗的科学家和小团体。工业实验室的经验是值得我们组建研究机构时借鉴的。

三是需要从更深层次反思科学和技术政策。从工业实验室的发现与发明中，我们不难看到，创新范式的深刻变化，即一个基础研究、应用开发、产业进步相互依存的生态系统越来越显示其先进性。在这里，相互依存和生态系统是关键词。所谓相互依存，不仅反映出基础研究、应用开发、产业进步互为条件，更重要的是发明与发现的循环有助于找到和克服研究中的瓶颈，促进共同成长。贝尔实验室漫长研究取得的成果，其问题的解决和瓶颈的克服，就是在发明与发现不断试错中完成的。所谓生态系统，是指不同主体形成的有机联系，各种元素是独立的、个体的，也是共同的、整体的，并不是线性的、垂直的关联。具体于一个地区来说，不能止于办几所大学，建几个研发机构，尽管这样安排十分必要且有意义。更需要努力的是，在一些组织内部，如大科学装置机构内部，或者大型研究机构内部，形成发明与发现所需要的资源配置机制和研究环境，而不只是从外部嫁接资源，更不能将所谓基础理论研究纯粹化，将其局限在象牙塔内。从更大的层面看，学术领域，政府部门和私营部门应构建一个包容性、适应性的环境，有效整合各种资源各种力量，从而达到最优化的运用。

只有深刻地理解科技创新本身，才能因势利导，以合适的政策加盟，营造更好的创新生态。

作者单位：深圳市体制改革研究会

编辑 刘悦凌 审读 吴剑林 二审 高原 三审 詹婉容